Parigi, 1830. Il poeta Rodolfo e il pittore Marcello dividono una soffitta e vivono la propria condizione di artisti squattrinati con tutta la spensieratezza della gioventù. Insieme al filosofo Colline e al musicista Schaunard decidono di trascorrere la vigilia di Natale al Caffè Momus. Attardatosi in casa per finire un articolo, Rodolfo conosce la sua vicina Mimì (ricamatrice afflitta da tubercolosi) e per entrambi è subito colpo di fulmine.
Quadro II
Rodolfo e Mimì raggiungono gli amici al Caffè Momus. Nel locale arriva anche Musetta, l’ex amante di Marcello, la quale, pur essendo in compagnia del ricco Alcindoro, fa di tutto per attirare l’attenzione del pittore. Funziona: Marcello si riconcilia con Musetta, che fa addebitare ad Alcindoro il conto dei bohémien.
Quadro III
Febbraio. Entrambe le coppie sono in crisi: Marcello non sopporta più le infedeltà di Musetta, mentre Rodolfo vuole lasciare Mimì (sempre più malata) per consentirle di trovare un compagno meno povero e un alloggio più caldo. Nonostante lo ami ancora, Mimì accetta la separazione, chiedendo però a Rodolfo di aspettare la primavera per dirsi addio.
Quadro IV
Rimasti soli nella soffitta, Marcello e Rodolfo rimpiangono le rispettive ex fidanzate. I due vengono raggiunti prima da Colline e Schaunard e poi da Musetta e Mimì, ormai moribonda. Per alleviarne la pena, gli amici vendono i propri beni, incluso il cappotto di Colline. Ma è tutto inutile: Mimì, dopo aver dichiarato un’ultima volta il proprio amore a Rodolfo, si addormenta per sempre.